【摘要】舟山市大陸引水三期工程海底管道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況較復(fù)雜，與設(shè)計(jì)的理想工況會(huì)有出入，管道容易發(fā)生破壞。本文對(duì)擬選用的兩種不同類型鋼材材質(zhì)管道，通過(guò)施工期和運(yùn)行期的性能比選分析，推薦本項(xiàng)目擬使用的海底管道管材。

【關(guān)鍵詞】海底管道；管材；比選分析

一、引言

舟山市大陸引水工程位于浙江省東部的舟山群島，地處長(zhǎng)江口南側(cè)、杭州灣外緣的東海洋面上，工程分三期建設(shè)。其中一期工程于 2001年8月建設(shè)完成，跨海輸水鋼管為Q235B、DN1000x14 的螺旋埋弧焊管；二期工程于 2012 年建成運(yùn)行，跨海輸水鋼管為 Q235B、DN1200x14的螺旋埋弧焊管；舟山市大陸引水三期工程是前兩期工程的延續(xù)，工程估算總投資23.62億元，設(shè)計(jì)引水規(guī)模為10.4萬(wàn)t/d，引水流量1.2 m3/s，跨海管線長(zhǎng)度為33km。

由于一期、二期跨海管道在鋪設(shè)施工過(guò)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)了折管、斷管等意外情況，制約了管道的鋪設(shè)效率，影響了施工工期；在運(yùn)行過(guò)程中管道也出現(xiàn)了幾處露點(diǎn)，影響了海島的供水效率?？紤]到三期工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況復(fù)雜，并吸取前兩期工程的經(jīng)驗(yàn)，需要采取措施提高管道的安全性能。本文從施工及運(yùn)行方面對(duì)適用于三期工程海底管道的目標(biāo)管材進(jìn)行分析比選。

二、管道材質(zhì)比選

用于海底管道的管材材料，需要考慮輸送的介質(zhì)、荷載、溫度及可能在安裝階段及運(yùn)行階段的失效模式，同時(shí)需要保證整個(gè)管道系統(tǒng)的兼容性。一般情況， 對(duì)于海底管道的材料選擇需要考慮如下因素：①機(jī)械材料性能，②耐疲勞性能，

③可焊性，④抗腐蝕性能，⑤抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。

海底管道建設(shè)的主要原則是將管道失效事故降低為零，因?yàn)橐坏┖５坠艿腊l(fā)生失效事故，不僅引起輸水工作停止，而且還要支付高額的維修費(fèi)用。根據(jù)國(guó)家的主要設(shè)計(jì)規(guī)范（《海底管道系統(tǒng)規(guī)范》SY/T10037-2002）以及國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)規(guī)范（如DNV、ABS等），對(duì)于承壓海底管道，一般材料選擇均為鋼管。隨著國(guó)內(nèi)鋼材冶煉技術(shù)的逐步提高，低鋼級(jí)鋼材（Q235B及Q345B）的生產(chǎn)質(zhì)量及焊接性能已能滿足海底管道施工的需求，在海底輸送淡水及污水方面得到廣泛應(yīng)用。Q235B 是國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的低鋼級(jí)鋼材之一，屈服強(qiáng)度為 fy=235N/mm2；Q345B 是一種低合金鋼，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，屈服強(qiáng)度高（ fy=345N/mm2）。

Q235B 及 Q345B 兩種鋼材的鋼管在海上施工環(huán)境條件下，焊縫質(zhì)量均可以得到保證，其強(qiáng)度均能夠滿足海底管道鋪設(shè)的施工要求。然而，Q345B 管道許用應(yīng)力高，抵抗施工及運(yùn)行期間各種潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的能力高，減少環(huán)境荷載等對(duì)管道施工及運(yùn)營(yíng)安全的影響；同時(shí)，該類型管材具有耐腐蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，能夠大大提升管道使用年限。Q235B 和 Q345B 兩種不同類型鋼材材質(zhì)管道在施工及運(yùn)營(yíng)期性能對(duì)比如下：

1、施工期階段

舟山當(dāng)?shù)睾Ｓ蚝Ｑ蟓h(huán)境復(fù)雜，海流速度大，施工條件差，為管道鋪設(shè)施工提出了巨大的挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目管道為大直徑薄壁管道（DN1200，壁厚14mm），在復(fù)雜外力條件下屈曲風(fēng)險(xiǎn)高，若采用較低鋼級(jí)的管材，管道鋪設(shè)難度大，影響整個(gè)海上施工的質(zhì)量與速度。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中基于先進(jìn)的淺水鋪管船，對(duì)采用 Q235B及Q345B 管材的管道進(jìn)行了鋪管分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明 Q235 材質(zhì)在設(shè)計(jì)工況下的安全系數(shù)接近于1.0，幾乎沒(méi)有任何余量，一旦海況與設(shè)計(jì)不符，管道應(yīng)力就會(huì)超出規(guī)范許用值。

2、運(yùn)行期階段

管道路由區(qū)域海洋環(huán)境復(fù)雜，如果在運(yùn)行期間管道產(chǎn)生裸露、懸空等情況，使海底管道暴露在海床面上，則管道容易在海流及機(jī)械作用下出現(xiàn)強(qiáng)度或疲勞損傷，影響其運(yùn)行安全。如果采用較低強(qiáng)度鋼級(jí)的鋼管，裸露、懸空等意外情況下管道發(fā)生損壞的風(fēng)險(xiǎn)較高，管道在海流及機(jī)械外力的作用下，極易引起強(qiáng)度或疲勞破壞，影響運(yùn)行安全。經(jīng)計(jì)算，Q235 材質(zhì)比 Q345B 材質(zhì)抵抗靜態(tài)彎曲的臨界懸空長(zhǎng)度減少約10m。此外，Q345B 鋼管管材具有耐腐蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，更適用于海洋環(huán)境條件。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在同樣的環(huán)境條件下，Q345B 鋼比 Q235B 鋼的腐蝕速度慢 20%～38%。

三、結(jié)論

綜上所述，通過(guò)在焊接穩(wěn)定性、耐腐蝕性能、施工安全性、運(yùn)行期抵御風(fēng)險(xiǎn)能力等方面的比較（見(jiàn)表2），可以看到， Q345B在各方面性能均優(yōu)于Q235B 材質(zhì)。因此。推薦使用安全系數(shù)高、保障工程質(zhì)量能力強(qiáng)的 Q345B 作為本項(xiàng)目管材。

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